为什么说爱因斯坦是“相对论之父”


爱因斯坦是德国—瑞士—美国数理著名物理学家。他出生于1879年德国。爱因斯坦的祖辈是犹太手工业者。在他幼年,他父亲便迁往意大利。

1895年春,爱因斯坦也离开德国(那时他正在德国读书)到意大利与父母在一起。他对当时德国军国主义政治及排斥犹太人强烈不满,并脱离了德国国籍。1896年他开始在瑞士苏黎世高等工业学校学习。从学校毕业后,两年没有固定的职业。1901年他取得瑞士国籍。1902年在瑞士伯尔尼的专利局取得一个专利检查员的小职位,但爱因斯坦能够把一天的工作在3~4小时内完成,他利用其余时间研究一些物理学中的问题。1905年他在德国的《物理学年鉴》上曾经发表了三篇论文。

这三篇论文的学术价值都不低。尤其是其中的第二篇和第三篇,称得上是划时代的文章。

第一篇是关于布朗运动的论文。1872年英国著名植物学家布朗成功发现微小颗粒在液体中作不规则运动,以此称为布朗运动。爱因斯坦用数学方法对布朗运动作了深入地研究探索。第二篇论文是爱因斯坦自己提出光量子学说。这个光量子学具有伟大的历史意义,对量子论的发展变革起巨大作用。普朗克在1900年为解释黑体辐射而一并提出了量子论,量子论在那时并没有引起大的反应,普朗克也仅仅认为:作为黑体辐射,空间内壁振动电荷发射能量不是连续的,是量子化的。这个能量在发射出之后,依然是以电磁波的形式存在于空间的。因此爱因斯坦把普朗克的量子论向前推进一步,并提出了光量子学说。认为光同样是以量子的形式存在(光的量子叫做光子是后人给命名的),光束是光子流,光子的能量和光的频率刚好成正比。光量子学说成功解释了经典物理学所无法解释的光电效应。

光量子概念的提出,在人类认识自然的历史上第一次成功揭示了光不但有波动性而且有微粒性(波粒二象性),它直接为德布罗意波的建立,以及随后量子力学的建立开辟了新的道路。并因为这项工作,爱因斯坦于1921年获诺贝尔物理学奖。

爱因斯坦在1905年《物理学年鉴》上所发表的第三篇论文题目是《论动体的电动力学》。在这篇有名的论文里,他第一次提出了相对论这个概念。普朗克的量子论以及爱因斯坦的相对论是近代物理学中的两个特别重要的基本理论。

1905年,爱因斯坦所提出的相对论被称为狭义相对论。从1907年开始,爱因斯坦全心致力于引力理论的研究和发现。终于在1911年,他在《关于引力对光传播的影响》这篇论文中,抢先发表了关于广义相对论的第一个观点。广义相对论是引力的现代理论。后来又经过多年的反复研究,于1915年,爱因斯坦成功完成了他的广义相对论学说。同年3月25日,爱因斯坦在普鲁士科学院发表他个人所研究的引力场方程。1916年他发表了关于广义相对论的第一篇完整的总结性论文,题目是《广义相对论的基础》。

当某一物体的运动速度即将接近光速时,人们必须用狭义相对论代替牛顿力学;通常在有强引力场的情况,人们就不得不用广义相对论代替牛顿引力理论。

一般人往往只能看到爱因斯坦创立相对论的功绩,但却忽略了爱因斯坦在物理学的其它许多方面的巨大贡献。这对爱因斯坦的认识是不完善的。但是我们假如把相对论的建立看做是爱因斯坦一个人创造的物理奇迹,却无视于其它不知名的物理学家、数学家在这方面所作的研究,那也是不公正的。

如:爱因斯坦在个人关于相对论的第一篇论文中所提出的相对性原理,并不仅仅是爱因斯坦个人的创见,因为当时有不少科学家已经有这种想法,例如法国科学家彭加勒(1854—1912)就是其中之一。

爱因斯坦在他那篇论文中所提出的变换方程被人称做洛伦兹变换,也正是因为在爱因斯坦发表他那篇论文的前一年(1904年)洛伦兹已经提出了这种变换方程。遗憾的是这些人的工作只是走了其中一小步,而爱因斯坦却是从这第一步基础开始,继续下去,建立起一整套完整的理论。

爱因斯坦在他发表三篇重要论文的那一年(1905年),也同时在苏黎世大学通过了分子物理学论文并荣获哲学博士学位。1931年同时被任命为德皇威廉研究所的研究教授,并为普鲁士科学院院士,这些在当时是德国的最高荣誉。但爱因斯坦并不因为这些荣誉改变他反对德国黩武主义的立场。1914年第一次世界大战开始时,德国的权威学者92人一起发表联合声明,给德国统治者撑腰,但爱因斯坦却拒绝在这个爱国声明上签名。

爱因斯坦于1929年成功提出统一论,并试图将电磁场理论与万有引力理论统一起来,并且为此默默工作了二十多年。

爱因斯坦原籍是德籍犹太人,他对犹太人到处受迫害和犹太人的复国主义深表同情和怜惜。在第一次世界大战结束后,他成为柏林排斥犹太人和复仇主义者的攻击目标。

1933年,爱因斯坦正式迁到美国的普林斯顿,并主持普林斯顿高等研究院数学研究所工作,直到1955年逝世。